SPRAWOZDANIE

PMEMS

LABORATORIUM

Mikrozawór

Poniedziałek 10:15-12:00

Wykonali:

• Monika Dorosz

• Karol Filipczuk

• Patrycja Kowalska

• Damian Nagórski

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI

Warszawa 2015

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zamodelowanie wirtualnego aktuatora (zaworu termicznego), zaznajomienie się z zasadą działania mikrozaworu oraz wyznaczenie zależności pomiędzy wielkością sterującą aktuatorem (napięciem) a jego odpowiedzią (odkształceniem).

2. Informacje wstępne

Aktuatorem (ang. actuator) nazywamy urządzenie, które umożliwia wykonanie pewnej pracy poprzez przetworzenie sygnału sterującego w postaci wielkości elektrycznej na sygnał innego typu. Zamiana energii elektrycznej na inny rodzaj energii, w naszym przypadku jest to odkształcenie termiczne. Membrana odkształcając się zmniejsza gardło przepływu cieczy lub też gazu. Mikrozawory są to mikrosystemy, których celem jest nadanie cieczy pewnych określonych parametrów – ciśnienia lub natężenia przepływu. Mikrozawory stosowane są do precyzyjnego dozowania gazów, płynów, np. atramentu w drukarce. Znalazły także zastosowanie w takich dziedzinach jak medycyna, analityka i diagnostyka.

3. Stanowisko pomiarowe

Stanowisku pomiarowym wyposażone było w komputer klasy PC z zainstalowanym oprogramowaniem Cosmol, w którym został zamodelowany i zbadany aktuator (zawór termiczny).

4. Przebieg ćwiczenia

a) Zapoznanie z instrukcją i postępując zgodnie z nią wykonanie modelu aktuatora termicznego.

b) Zmiana ciśnienia aktuatora termicznego i zakresu napięcia

c) Badanie odkształcenia aktuatora w zależności od ciśnienia aktuatora.

d) Wygenerowanie raportu z pomiarów.

Otrzymany model:

6. Wyniki:

Zależności odkształcenia aktuatora od napięcia przy ustalonym ciśnieniu

Wnioski:

- Odkształcenie mikrozaworu ma charakter wyboczenia. Dla utwierdzonego jednakowo po obu stronach jest symetryczne i największą wartość przyjmuje na swoim środku. Przykładowo dla zakresu napięcia 0-2V uzyskujemy temperaturę maksymalną około 270stopni i odkształcenie na poziomie 3,218x10^-5 m

- Częstotliwość działania mikrozaworu może wynosić nawet kilka kHZ, jest niestety ograniczona i zależy od czasu nagrzewania i chłodzenia materiału. Wynika to z efektu skalowania gdzie wraz z pomniejszeniem skali zmienia się stosunek pola powierzchni do objętości. Stosunek skali powierzchni SA do skali objętości SV jest odwrotnie proporcjonalny do skali długości S tj. SA/SV=1/S.

- Im wyższa temperatura oraz ciśnienie tym większe odkształcenie, w pewnym zakresie napięcia (odkształcenia) ma ono charakter zbliżony do liniowego. Przy zbyt wysokim napięciu następuje deformacja odkształcenia uniemożliwiająca poprawne działanie.